DE3830446A1

DE3830446A1 - ARRANGEMENT OF DRIVE TURBINE AND TRANSMISSION GEAR

Info

Publication number: DE3830446A1
Application number: DE3830446A
Authority: DE
Inventors: Albert Harvey Bell
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1987-09-08
Filing date: 1988-09-07
Publication date: 1989-03-16
Also published as: JPH052820B2; GB2209565B; GB2209565A; US4825645A; DE3830446C2; JPS6483824A; GB8819546D0

Description

Die Erfindung betrifft allgemein gasgekoppelte Gasturbinenma schinen und insbesondere ein Befestigungssystem für eine An triebsturbinenwelle und einen Erststufen-Untersetzungsgetrie besatz bei solchen Maschinen.The invention relates generally to gas-coupled gas turbine engines machines and in particular a fastening system for an drive turbine shaft and a first stage reduction gear with such machines.

Bei typischen gasgekoppelten Gasturbinenmaschinen wird eine Antriebsturbine an einem Maschinenblock der Maschine zur Dre hung um eine Primärachse des Blockes unabhängig von einer Gaserzeugerwelle der Maschine abgestützt. Ein Gaserzeuger er zeugt einen kontinuierlichen Strom von Heißgas-Antriebs fluid, der durch eine Antriebsturbinendüse gegen eine Anord nung von Schaufeln an der Antriebsturbine gerichtet wird, wo durch eine Antriebsturbinenwelle mit hoher Drehzahl in der Größenordnung von 100 000 U/min bei kleinen Maschinen ge dreht wird. Drehmoment wird von der Antriebsturbinenwelle an eine Abgabewelle der Maschine über einen Untersetzungsgetrie besatz oder mehrere solche Sätze übertragen, der bzw. die ein Erststufen-Zahnritzel einschließen, das einheitlich mit der Antriebsturbinenwelle drehbar ist, und ein Erststufen-Un tersetzungszahnrad, das drehbar an dem Maschinenblock abge stützt ist. Typischerweise ist das Erststufen-Zahnritzel direkt starr mit der Antriebsturbinenwelle verbunden, die an dem Maschinenblock entweder mit einem Zwei-Lager- oder einem Drei-Lager-Befestigungssystem abgestützt ist. Bei Zwei-Lager-Befestigungssystemen wird die Antriebsturbinenwel le an dem Maschinenblock jeweils durch Lager an den Enden der Welle abgestützt, wobei das Erststufen-Zahnritzel starr an der Welle in der Nähe eines Lagers angebracht ist. Solche Systeme ergeben eine angemessene Abstützung der Antriebstur binenwelle, jedoch erweist es sich als schwierig, das hochge naue Kämmen oder Eingreifen des Erststufen-Zahnritzels mit dem Erststufen-Untersetzungszahnrad zu erreichen und auf recht zu erhalten wegen der Nachgiebigkeit mindestens einer Lagerbefestigung, die zur Steuerung von Wellenvibrationen nötig ist. Ein hochgenaues Kämmen der beiden Zahnräder ist zur Erzielung einer hohen Lebensdauer erforderlich, wenn sich das Zahnritzel mit einer Drehzahl in der Größenordnung von 100 000 U/min dreht. Bei Drei-Lager-Befestigungssystemen wirkt ein drittes Lager zwischen dem Maschinenblock und der Antriebsturbinenwelle mit dem einen Antriebsturbinenwellenla ger zusammen, das dem Erststufenritzel am nächsten liegt, um das Ritzelzahnrad am Maschinenblock mit größerer Starrheit und Genauigkeit an beiden Seiten zu befestigen. Die Anwesen heit des dritten Lagers macht es jedoch schwieriger, die An triebsturbinenwelle am Maschinenblock zu befestigen, und kann auch eine angemessene Vibrationsdämpfung erschweren. Eine Antriebsturbinenwelle und eine Erststufe-Untersetzungs getriebeanordnung erfindungsgemäßer Art besitzt jedoch in einem einzigen System Vorteile sowohl des Zweilager- als auch des Dreilager-Befestigungssystems.In typical gas-coupled gas turbine engines, one Drive turbine on a machine block of the machine for Dre hung around a primary axis of the block independent of one Supported gas generator shaft of the machine. A gas generator he creates a continuous stream of hot gas propulsion fluid flowing through a drive turbine nozzle against an assembly tion of blades is directed to the drive turbine where by a high speed drive turbine shaft in the Order of magnitude of 100,000 rpm for small machines is turning. Torque is generated by the drive turbine shaft an output shaft of the machine via a reduction gear transfer or several such sentences, the include a first-stage pinion that integrates with the drive turbine shaft is rotatable, and a first stage Un reduction gear that rotates on the machine block is supported. Typically the first stage sprocket directly rigidly connected to the drive turbine shaft that at the machine block with either a two-bearing or one Three-bearing mounting system is supported. At The drive turbine shaft becomes two-bearing fastening systems le on the machine block by bearings at the ends the shaft is supported, the first stage pinion rigid is attached to the shaft near a bearing. Such Systems provide adequate propulsion door support pinenwelle, however, it turns out to be difficult to clean combing or engaging the first-stage pinion with to reach and on the first stage reduction gear to get right because of the flexibility of at least one Bearing attachment used to control shaft vibrations is necessary. The two gears are meshed with high precision required to achieve a long life if the pinion at a speed of the order of magnitude rotates from 100,000 rpm. With three-bearing fastening systems acts a third bearing between the machine block and the Drive turbine shaft with a drive turbine shaft that is closest to the first stage sprocket the pinion gear on the machine block with greater rigidity and attach accuracy on both sides. The properties However, the third camp makes it more difficult to to attach the turbine shaft to the engine block, and can also complicate adequate vibration damping. A drive turbine shaft and a first stage reduction gear arrangement of the type according to the invention, however, in one system benefits both of the two bearing and also the three-bearing fastening system.

Damit ergibt die Erfindung eine neue und verbesserte Anord nung aus Leistungsturbine und Erststufen-Untersetzungsgetrie be für eine gasgekoppelte Gasturbinenmaschine des Typs, der einen eine Primärachse und eine Sekundärachse bestimmenden Maschinenblock und einen Gaserzeuger enthält, welcher einen kontinuierlichen Strom von Heißgas-Antriebsfluid erzeugt. Die neue und verbesserte Anordnung aus Antriebsturbine und Erststufen-Untersetzungsgetriebe enthält ein Erststufen-Un tersetzungsgetriebe an dem Maschinenblock, das um die Sekun därachse drehbar ist, eine rohrförmige Ritzelwelle mit einem Erststufen-Zahnritzel daran, zwei reibungsarme Lager zwi schen dem Maschinenblock und der Ritzelwelle, die zu beiden Seiten das Erststufen-Zahnritzel an dem Maschinenblock zur Drehung um die Hauptachse der Maschine und in Kämmeingriff mit dem Erststufen-Untersetzungszahnrad abstützen, eine an der Primärachse ausgerichtete Antriebsturbinenwelle, deren eines Ende innerhalb der Ritzelwelle angeordnet ist und an derem anderen Ende sich eine Antriebsturbine befindet, ein drittes Lager zwischen dem Maschinenblock und der Antriebs turbinenwelle in Eingrif mit der Antriebsturbinenwelle in der Nähe der Antriebsturbine und eine sich verjüngende Schul ter an der Antriebsturbinenwelle, die in einer sich verjün genden Bohrung in der Ritzelwelle aufgenommen ist und eine Selbsthalte-Verbindung der beiden Wellen bestimmt. Die zu beiden Seiten wirkende Befestigung des Erststufen-Zahnrit zels ergibt die Genauigkeit und Starrheit, die für eine dau erhafte Zahnkämmung des Erststufen-Zahnritzels mit dem Erst stufen-Untersetzungszahnrad bei hohen Drehzahlen erforder lich ist. Die selbsthaltende konische Verbindung schafft eine Befestigung für das von der Antriebsturbine abgelegene Ende der Antriebsturbinenwelle an dem Maschinenblock, die mit dem dritten Lager beim Abstützen der Antriebsturbinenwel le an dem Maschinenblock allgemein an den jeweiligen Enden zusammenwirkt. Das dritte Lager kann an dem Maschinenblock zur Beeinflussung der Vibrationen weich oder nachgiebig befestigt sein, ohne die Steifigkeit der Befestigung des Erststufen-Zahnritzels zu beeinträchtigen. Bei einer bevor zugten Ausführung der neuen und verbesserten Anordnung aus Antriebsturbine und Erststufen-Untersetzungsgetriebe wird das Erststufen-Zahnritzel integral mit der Ritzelwelle ausge bildet und die sich verjüngende Schulter an der Antriebstur binenwelle wird in die konische Bohrung der Ritzelwelle durch ein Gewindebefestigungsteil am Schaftabschnitt der An triebsturbinenwelle eingezogen, und das dritte Lager zwi schen dem Maschinenblock und der Antriebswelle ist ein voll schwimmendes Lager zur Vibrationssteuerung.The invention thus results in a new and improved arrangement Power turbine and first stage reduction gear be for a gas coupled gas turbine engine of the type that one defining a primary axis and a secondary axis Machine block and a gas generator containing one generates a continuous stream of hot gas drive fluid. The new and improved arrangement of the drive turbine and First stage reduction gear contains a first stage Un Reduction gear on the machine block, which around the second Därachse is rotatable, a tubular pinion shaft with a First-stage pinion on it, two low-friction bearings between between the machine block and the pinion shaft that go to both Sides of the first-stage pinion on the machine block Rotation around the main axis of the machine and meshing support with the first stage reduction gear, one on the primary axis aligned drive turbine shaft, the one end is arranged inside the pinion shaft and on the other end of which is a drive turbine third bearing between the machine block and the drive turbine shaft in engagement with the drive turbine shaft in close to the power turbine and a tapered school ter on the drive turbine shaft, which tapers in one ing hole in the pinion shaft and a Self-locking connection of the two waves determined. The too two-sided fastening of the first-stage tooth rit zels gives the accuracy and rigidity that last for a lifetime Raised tooth comb of the first-stage pinion with the first step reduction gear required at high speeds is. The self-holding conical connection creates a mounting for the remote from the drive turbine End of the drive turbine shaft on the machine block, the with the third bearing when supporting the drive turbine shaft le on the machine block generally at the respective ends cooperates. The third bearing can be on the machine block to influence the vibrations soft or yielding be attached without the rigidity of the attachment of the To affect first-stage pinion. With a before drafted execution of the new and improved arrangement Drive turbine and first stage reduction gear the first stage pinion integrally with the pinion shaft forms and the tapered shoulder on the drive door Line shaft is in the conical bore of the pinion shaft by a threaded fastener on the shaft section of the An drive turbine shaft retracted, and the third bearing between between the machine block and the drive shaft is full floating bearing for vibration control.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert; in dieser zeigt The invention is described below with reference to the drawing exemplified in more detail; in this shows

Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer gasgekoppelten Gasturbinenmaschine mit einer Anordnung aus Antriebsturbine und Erststufen-Untersetzungs getriebe erfindungsgemäßer Art, allgemein längs der Primärachse der Maschine geschnit ten, Fig. 1 is a partial sectional view taken generally along the primary axis of the machine a gas-th coupled gas turbine engine having an array of driving turbine and the first stage speed reduction gear according to the invention Art geschnit,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Fig. 1 mit genauerer Darstellung der Anord nung aus Antriebsturbine und Erststufen-Un tersetzungsgetriebe erfindungsgemäßer Art, und Fig. 2 is an enlarged view of part of FIG. 1 with a more detailed representation of the Anord voltage from the drive turbine and first stage-Un reduction gear of the type according to the invention, and

Fig. 3 eine Schnittdarstellung allgemein nach der durch Linien 3-3 in Fig. 2 bezeichneten Ebene. Fig. 3 is a sectional view generally along the plane indicated by lines 3-3 in Fig. 2.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 eine gasgekoppelte Gasturbi nenmaschine 10 teilweise dargestellt, und sie wird hier nur soweit beschrieben, wie es nötig ist, um die Umgebung der er findungsgemäßen Anordnung aus Antriebsturbinen und Erststu fen-Untersetzungsgetriebe zu bezeichnen. Die Gasturbinenma schine 10 enthält einen Maschinenblock 12, der eine Primär achse 14 und eine Vielzahl von Sekundärachsen 16 a, 16 b und 16 c, jeweils parallel zur Primärachse, jedoch seitlich gegen einander und gegen die Primärachse versetzt, definiert. Die Maschine 10 besitzt einen Gasgenerator ("Gaserzeuger") 18, der einen teilweise dargestellten Verbrennungsraum 20, eine teilweise dargestellte Verschiebekammer 22, eine ringförmige Gaserzeugerdüse 24 und eine Gaserzeugerturbine 28 enthält, die starr an einem Ende einer Gaserzeuger-Turbinenwelle 30 angebracht ist. Ein nicht dargestellter Gaserzeuger-Kompres sor ist starr am anderen Ende der Gaserzeuger-Turbinenwelle 30 angebracht. Die Gaserzeuger-Turbinenwelle 30 wird an einem allgemein zylindrischen Fortsatz 32 des Maschinen blockes 12 mit einer Hülsenlageranordnung 34 um die Primär achse 14 drehbar abgestützt. In dem Verbrennungsraum 20 er zeugtes Heißgas-Antriebsfluid wird zur Verschiebekammer 22 geliefert und tritt aus der Verschiebekammer 22 durch die Gaserzeugerdüse 24 aus, die das Antriebsfluid in Abstromrich tung gegen die Schaufeln der Gaserzeugerturbine 28 richtet, wodurch die Gaserzeuger-Turbinenwelle zum Antrieb des Kom pressors in Drehung versetzt wird. Das die Gaserzeugerturbi ne 28 verlassende Heißgas-Antriebsfluid fließt dann in einem ringförmigen Strömungsweg 36, der zwischen einer inneren Ab lenkplatte 38 und einem Abdeckgehäuse 40 einer ringförmigen Antriebsturbinendüse 42 bestimmt ist, abstromseitig weiter, wobei die Antriebsturbinendüse starr über einen den Abdeck abschnitt 40 umgebenden Steg 43 an dem Maschinenblock 12 be festigt ist.In the drawing, a gas-coupled gas turbine engine 10 is partially shown in Fig. 1, and it is described here only to the extent necessary to describe the surroundings of the inventive arrangement of drive turbines and first stage reduction gears. The gas turbine engine 10 contains a machine block 12 which defines a primary axis 14 and a plurality of secondary axes 16 a , 16 b and 16 c , each parallel to the primary axis, but offset laterally against one another and against the primary axis. Engine 10 has a gas generator ("gas generator") 18 that includes a combustion chamber 20 , partially shown, a displacement chamber 22 , a ring-shaped gas generator nozzle 24, and a gas generator turbine 28 rigidly attached to one end of a gas generator turbine shaft 30 . A gas generator compressor, not shown, is rigidly attached to the other end of the gas generator turbine shaft 30 . The gas generator turbine shaft 30 is rotatably supported on a generally cylindrical extension 32 of the machine block 12 with a sleeve bearing arrangement 34 about the primary axis 14 . In the combustion chamber 20 he produced hot gas drive fluid is supplied to the displacement chamber 22 and emerges from the displacement chamber 22 through the gas generator nozzle 24 , which directs the drive fluid in the downstream direction against the blades of the gas generator turbine 28 , whereby the gas generator turbine shaft for driving the compressor is rotated. The hot gas drive fluid leaving the gas generator turbine 28 then flows in an annular flow path 36 , which is determined between an inner baffle plate 38 and a cover housing 40 from an annular drive turbine nozzle 42 , on the downstream side, the drive turbine nozzle rigidly via a section 40 surrounding the web 43 on the machine block 12 be fastened.

Weiter ist in Fig. 1 zu sehen, daß ein Getriebeabteil 44 mit einem Schmiermittelsumpf 45 an seinem Bodenteil zwischen dem Maschinenblock 12 und einem starr daran angebrachten Deckel 46 bestimmt ist. Der Deckel 46 stellt eine Fortset zung des Maschinenblockes dar, und in der nachfolgenden Be schreibung werden diese als eine Einheit behandelt. Eine Ab gabewelle 47 wird an dem Maschinenblock 12 um die Sekundär achse 16 c drehbar gehalten durch zwei reibungsarme Lager 48 a und 48 b. Ein Antriebsflansch 50 ist starr an der Abgabewelle 47 außerhalb des Deckels 46 befestigt und ergibt so eine vor teilhafte Stelle zum Anbringen eines (nicht dargestellten) Leistungsübertragungsgetriebes. Ein integrales Drittstufen- Untersetzungszahnrad 52 an der Abgabewelle 47 steht zwischen den Lagern 48 a und 48 b mit einem Drittstufen-Zahnritzel 54 in Kämmeingriff. Das Drittstufen-Zahnritzel ist starr an einer Zwischenwelle 56 angebracht, die längs der Sekundärach se 16 b mit zwei reibarmen Lagern 58 a und 58 b gehalten ist. Die lager 58 a und 58 b stützen die Zwischenwelle an dem Ma schinenblock 12 zur Drehung um die Sekundärachse 16 b ab. Ein integrales Zweistufen-Untersetzungszahnrad 60 an der Zwi schenwelle 56 ist zwischen den Lagern 58 a und 58 b angeordnet und kämmt mit einem Zweistufen-Zahnritzel 62. Das aus der Antriebsturbinendüse 42 austretende Heißgas-Antriebsfluid gibt Antriebsleistung an eine Anordnung 64 erfindungsgemäßer Art aus Leistungsturbine und Erststufen-Untersetzungsgetrie be ab, und diese Antriebsleistung wird dem Zweistufen-Zahn ritzel 62 zugeleitet.Next 1 is shown in Fig. To see that a gear compartment 44 is designed with a lubricant sump 45 at the bottom portion between the engine block 12 and a rigid cover 46 attached thereto. The cover 46 is a continuation of the machine block, and in the following description Be treated as a unit. From output shaft 47 is held on the machine block 12 rotatable about the secondary axis 16 c by two low-friction bearings 48 a and 48 b . A drive flange 50 is rigidly attached to the output shaft 47 outside of the cover 46 and thus results in a geous place for attaching a (not shown) power transmission gear. An integral third-stage reduction gear 52 on the output shaft 47 is in meshing engagement with a third-stage pinion 54 between the bearings 48 a and 48 b . The third-stage pinion is rigidly attached to an intermediate shaft 56 , which is held along the secondary axis 16 b with two low-friction bearings 58 a and 58 b . The bearings 58 a and 58 b support the intermediate shaft on the machine block 12 for rotation about the secondary axis 16 b . An integral two-stage reduction gear 60 on the inter mediate shaft 56 is arranged between the bearings 58 a and 58 b and meshes with a two-stage pinion 62nd The emerging from the drive turbine nozzle 42 hot gas drive fluid delivers drive power to an arrangement 64 of the type according to the invention from the power turbine and first-stage reduction gear, and this drive power is fed to the two-stage pinion 62 .

Die Anordnung 64 aus Antriebsturbine und Erststufen-Unterset zungsgetriebe enthält ein Erststufen-Untersetzungszahnrad 66, das integral mit einem Wellenabschnitt 68 ausgebildet ist, der längs der Sekundärachse 16 a des Maschinenblockes ausgerichtet ist. Das Zweitstufen-Zahnritzel 62 ist starr an dem Wellenabschnitt 68 des Erststufen-Untersetzungszahnrades angebracht, und beide sind zwischen zwei reibarmen Lagern 70 a und 70 b angeordnet, die den Wellenabschnitt 68 an dem Maschi nenblock 12 zur Drehung um die Sekundärachse 16 a abstützen. Das Erststufen-Untersetzungszahnrad 66 besitzt eine Umfangs anordnung von Getriebezähnen 70 (Fig. 3), die mit einer Um fangsanordnung von Getriebezähnen 74 am Erststufen-Zahnrit zel 76 kämmen. Das Erststufen-Zahnritzel ist integral mit einer rohrförmigen Ritzelwelle 78 ausgebildet, die nach der Primärachse 14 des Maschinenblocks ausgerichtet ist, und zwar als ein Abschnitt der Welle mit großem Durchmesser und erhöhter Wandstärke. Das Erststufen-Zahnritzel 76 ist an seinen gegenüberliegenden Seiten durch zwei Ringschultern 80 a bzw. 80 b der Ritzelwelle begrenzt, die in zur Primärach se 14 senkrechten Ebenen liegen. Dazu läuft das nach Fig. 2 rechte äußere Ende der Ritzelwelle 78 in eine ringförmige Endfläche 82 aus, die in einer zur Primärachse 14 senk rechten Ebene angeordnet ist.The assembly 64 of the power turbine and the first-stage reduction gear subset includes a first stage reduction gear 66 is integrally formed with a shaft portion 68, which the secondary axis is along the machine 16 a block aligned. The second-stage pinion 62 is rigidly attached to the shaft section 68 of the first-stage reduction gear, and both are arranged between two low-friction bearings 70 a and 70 b , which support the shaft section 68 on the machine block 12 for rotation about the secondary axis 16 a . The first-stage reduction gear 66 has a circumferential arrangement of gear teeth 70 ( FIG. 3), which mesh with a circumferential arrangement of gear teeth 74 on the first-stage gear 76 . The first stage pinion is integrally formed with a tubular pinion shaft 78 that is aligned with the primary axis 14 of the engine block, as a portion of the shaft with a large diameter and increased wall thickness. The first-stage pinion 76 is limited on its opposite sides by two annular shoulders 80 a and 80 b of the pinion shaft, which lie in planes perpendicular to the primary axis 14 . For this purpose, the right outer end of the pinion shaft 78 according to FIG. 2 ends in an annular end surface 82 which is arranged in a plane perpendicular to the primary axis 14 .

Ein Innenlauf eines ersten reibarmen Kugellagers 84 ist an einer zylindrischen Außenwand 86 a der Ritzelwelle 78 ange ordnet und liegt an der Ringschulter 80 a der Ritzelwelle 78 an. In gleicher Weise ist ein Innenlauf eines zweiten reibar men Kugellagers 88 an einer zylindrischen Außenwand 86 b der Ritzelwelle 78 angeordnet und liegt an der Ringschulter 80 b der Ritzelwelle 78 an. Ein Halteglied 90 spannt am Ende der Ritzelwelle 78 den Innenlauf des Lagers 88 gegen die Ring schulter 80 b. Der Außenlauf des Lagers 88 ist eng in einer Innenschulter einer Versenkbohrung 92 im Maschinenblock 12 aufgenommen und liegt dort an, wobei die Versenkbohrung 92 um die Hauptachse 14 zentriert ist, wodurch das nach Fig. 2 linke innere Ende der Ritzelwelle 78 an dem Maschinenblock über eine harte, steife Befestigung zur Drehung um die Primär achse abgestützt ist. Der Außenlauf des Kugellagers 84 ist in einer Bohrung 94 in einen Abschnitt des Deckels 46 eng aufgenommen, die nach der Primärachse 14 ausgerichtet ist, und wird in der Bohrung durch einen Haltering 96 zurückgehal ten, wodurch das äußere rechte Ende der Ritzelwelle 78 eben falls über eine harte, steife Befestigung um die Primärachse 14 drehbar am Maschinenblock abgestützt ist. Die Kugellager 84 und 88 sitzen eng benachbart zu dem Erststufen-Zahnritzel 76 an den beiden Seiten desselben und wirken so zusammen als eine das Erststufen-Zahnritzel an dem Maschinenblock 12 um die Primärachse 14 drehbar abstützende beidseitige Stütz befestigung.An inner race of a first low-friction ball bearing 84 is arranged on a cylindrical outer wall 86 a of the pinion shaft 78 and rests on the annular shoulder 80 a of the pinion shaft 78 . In the same way, an inner race of a second reibar men ball bearing 88 is arranged on a cylindrical outer wall 86 b of the pinion shaft 78 and bears against the annular shoulder 80 b of the pinion shaft 78 . A holding member 90 clamps at the end of the pinion shaft 78, the inner race of the bearing 88 against the ring shoulder 80 b . The outer run of the bearing 88 is closely received in an inner shoulder of a countersunk bore 92 in the machine block 12 and lies there, the countersunk bore 92 being centered about the main axis 14 , as a result of which the left inner end of the pinion shaft 78 on the machine block according to FIG hard, rigid attachment is supported for rotation about the primary axis. The outer race of the ball bearing 84 is closely received in a bore 94 in a portion of the cover 46 which is aligned with the primary axis 14 , and is retained in the bore by a retaining ring 96 , whereby the outer right end of the pinion shaft 78 also over a hard, rigid attachment about the primary axis 14 is supported on the machine block. The ball bearings 84 and 88 sit closely adjacent to the first-stage pinion 76 on the two sides thereof and thus act together as a first-stage pinion on the machine block 12 rotatably supporting primary support 14 on both sides.

Die Anordnung 64 aus Antriebsturbine und Untersetzungsgetrie be enthält weiter eine Antriebsturbinenwelle 98 mit einem zy lindrischen Turbinenende 100 mit großem Durchmesser, einem Leistungsübertragungsende 102 mit kleinerem Durchmesser und einem Schaftabschnitt 103, der einen Übergang von dem Ende 100 mit großem Durchmesser zu dem Ende 102 mit kleinerem Durchmesser ergibt. Die Antriebsturbinenwelle 98 ist in der Nähe ihres Leistungsübertragungsendes 102 mit der Ritzelwel le 78 so verbunden, daß sie sich mit dieser als eine Einheit dreht, und zwar durch eine selbsthaltende Konusverbindung mit einer kegelstumpfförmigen Schulter 104 am Schaftab schnitt 103 der Turbinenwelle, die eng in einer entsprechend kegelstumpfförmigen Innenfläche 106 in der rohrförmigen Rit zelwelle 78 aufgenommen ist. Eine selbsthaltende Maschinenko nusverbindung wird definiert als die Verbindung, die zwi schen einer sich verjüngenden Welle und einer sich verjüngen den Bohrung erzielt wird, wenn der Verjüngungswinkel gering, d. h. in der Größenordnung von 2 bis 3° ist, so daß bei fest in die verjüngte Bohrung eingesetzter verjüngter Welle aus reichend Reibwiderstand zwischen den einander berührenden Flächen der Welle und der Bohrung erzeugt wird, um ein Ver drehen der beiden Antriebsglieder gegeneinander wirksam zu verhindern. Eine auf einem Schaftabschnitt 110 der Antriebs turbinenwelle 98 außerhalb der Schulter 104 aufgeschraubte Mutter 108 zieht die Schulter mit ausreichender Kraft in Reibeingriff mit der Innenfläche 106, um eine selbsthaltende Maschinenkonusverbindung zu erzeugen, durch welche das gesam te Drehmoment von der Antriebsturbinenwelle zu der Ritzelwel le übertragen wird. Zusätzlich spannt die Mutter 108 den In nenlauf des Kugellagers 84 gegen die Schulter 80 a der Ritzel welle. Damit wird das Leistungsabgabeende 102 der Antriebs turbinenwelle 98 an dem Maschinenblock 12 um die Primärachse 14 drehbar abgestützt.The assembly 64 of the power turbine and Untersetzungsgetrie be further includes a power turbine shaft 98 with a zy-cylindrical turbine end 100 with a large diameter, a power transmission end 102 of smaller diameter and a shaft portion 103, the transition from the end 100 of large diameter to the end 102 of smaller Diameter results. The drive turbine shaft 98 is connected near its power transmission end 102 to the Ritzelwel le 78 so that it rotates with it as a unit, namely by a self-locking cone connection with a frustoconical shoulder 104 on the shaft section 103 of the turbine shaft, which is tight in one Corresponding frustoconical inner surface 106 is received in the tubular Rit zelwelle 78 . A self-holding machine cone connection is defined as the connection that is achieved between a tapered shaft and a tapered bore when the taper angle is small, that is in the order of 2 to 3 °, so that the tapered bore is fixed inserted tapered shaft is generated from sufficient frictional resistance between the mutually contacting surfaces of the shaft and the bore to effectively prevent rotation of the two drive members against each other. A nut 108 screwed onto a shaft portion 110 of the drive turbine shaft 98 outside the shoulder 104 pulls the shoulder into frictional engagement with the inner surface 106 with sufficient force to produce a self-locking machine cone connection through which the total torque is transmitted from the drive turbine shaft to the pinion shaft becomes. In addition, the nut 108 clamps the inner race of the ball bearing 84 against the shoulder 80 a of the pinion shaft. Thus, the power output end 102 of the drive turbine shaft 98 is rotatably supported on the machine block 12 about the primary axis 14 .

Die Anordnung 64 aus Antriebsturbine und Erststufen-Unterset zungsgetriebe enthält weiter eine Erststufen-Antriebsturbine 112 und eine Zweitstufen-Antriebsturbine 114, die an gegen überliegenden Seiten einer Ringanordnung von Statorflügeln 116 angeordnet sind, welche starr an dem Verkleidungsab schnitt 40 der Antriebsturbinendüse 42 angebracht sind. Die Zweitstufen-Antriebsturbine stützt sich an dem linken inne ren Ende der Antriebsturbinenwelle 98 ab, und eine längliche Zylindernabe der Erststufen-Antriebsturbine 112 liegt an der linken Seite der Zweitstufen-Antriebsturbine an. Eine nach der Primärachse 14 ausgerichtete Schraube 118 erstreckt sich durch die beiden Antriebsturbinen 112 und 114 in eine Gewin debohrung am inneren Ende der Antriebsturbinenwelle 98, wo durch die Erst- und Zweitstufen-Antriebsturbinen starr mit der Antriebsturbinenwelle so verspannt sind, daß sie sich mit dieser als eine Einheit drehen.The arrangement 64 of drive turbine and first stage reduction gearbox further includes a first stage drive turbine 112 and a second stage drive turbine 114 , which are arranged on opposite sides of a ring arrangement of stator blades 116 , which are rigidly attached to the fairing section 40 of the drive turbine nozzle 42 . The second stage drive turbine is supported on the left inner end of the drive turbine shaft 98 , and an elongated cylinder hub of the first stage drive turbine 112 abuts the left side of the second stage drive turbine. A screw 118 aligned with the primary axis 14 extends through the two drive turbines 112 and 114 into a threaded bore at the inner end of the drive turbine shaft 98 , where the first and second stage drive turbines are rigidly clamped to the drive turbine shaft so that they are with it rotate as a unit.

Ein vollschwimmendes Hülsenlager 120 ist lose um das Turbi nenende 100 der Antriebsturbinenwelle 98 gesetzt und ist wie derum lose drehbar in einer Bohrung 122 einer Lagerstütze 124 aufgenommen. Die Lagerstütze 124 ist drehfest in einer Zylinderbohrung 126 in einem sich nach links erstreckenden kegelförmigen Steg 128 des Maschinenblockes 12 aufgenommen. Das vollschwimmende Lager 120 kann sich frei bezüglich der Turbinenwelle 98 und der Lagerstütze 124 drehen. Unter Druck stehendes Schmiermittel wird den jeweiligen Ring-Freiräumen zwischen dem vollschwimmenden Lager, der Turbinenwelle und der Lagerstütze zugeführt. Ein Halte-Dichtglied 130 umgibt das Turbinenende 100 der Antriebsturbinenwelle 98 und ist mit dem Steg 128 des Maschinenblocks verschraubt. Das Turbi nenende 100 der Antriebsturbinenwelle 98 wird so um die Pri märachse 14 drehbar an dem Maschinenblock 12 abgestützt über die relativ weich nachgebende Lageranordnung, die aus dem vollschwimmenden Lager 120 und der Lagerstütze 124 besteht.A fully floating sleeve bearing 120 is loosely placed around the turbine end 100 of the drive turbine shaft 98 and is in turn loosely rotatably received in a bore 122 of a bearing support 124 . The bearing support 124 is received in a rotationally fixed manner in a cylinder bore 126 in a conical web 128 of the machine block 12 which extends to the left. The fully floating bearing 120 can rotate freely with respect to the turbine shaft 98 and the bearing support 124 . Lubricant under pressure is supplied to the respective ring clearances between the fully floating bearing, the turbine shaft and the bearing support. A holding sealing member 130 surrounds the turbine end 100 of the drive turbine shaft 98 and is screwed to the web 128 of the machine block. The Turbi nenende 100 of the drive turbine shaft 98 is rotatably supported about the primary axis 14 on the machine block 12 via the relatively soft yielding bearing arrangement, which consists of the fully floating bearing 120 and the bearing support 124 .

Im Betrieb expandiert die Antriebsturbinendüse 42 verlassen des Heißgas-Antriebsfluid durch die Schaufeln der Erststu fen- und Zweitstufen-Antriebsturbinen 112 bzw. 114 und tritt dann durch einen Abgas-Diffusor 132 aus. Durch die Antriebs turbinen dem Heißgas-Antriebsfluid entzogene Leistung bringt die Antriebsturbinenwelle 98 zu einer raschen Drehung mit einer Drehzahl in der Größenordnung von 100 000 U/min. Das vollschwimmende Lager 120 rotiert innerhalb der Bohrung 122. Die Schmiermittelschichten um das vollschwimmende Lager ent wickeln Kräfte, welche die Vibration der Welle beeinflussen. In operation, the drive turbine nozzle 42 expands leaving the hot gas drive fluid through the blades of the first stage and second stage drive turbines 112 and 114, respectively, and then exits through an exhaust gas diffuser 132 . Power extracted from the hot gas drive fluid by the drive turbines brings the drive turbine shaft 98 to a rapid rotation at a speed of the order of 100,000 rpm. The fully floating bearing 120 rotates within the bore 122 . The layers of lubricant around the fully floating bearing develop forces that influence the vibration of the shaft.

Gleichzeitig dreht sich die Ritzelwelle 78 als Einheit mit der Antriebsturbinenwelle, so daß sich auch das Erststu fen-Zahnritzel 76 dreht und das Erststufen-Untersetzungszahn rad 66 mit einer Drehzahl mitnimmt, die durch das Unterset zungsverhältnis der beiden Zahnräder bestimmt wird. Eine zu sätzliche Drehzahlreduzierung und Drehmoment-Multiplizierung wird dann durch die zweite und die dritte Untersetzungsstufe bewirkt, welche durch die Zweitstufen- und Drittstufen-Zahn ritzel bzw. -Untersetzungszahnräder bestimmt sind.At the same time, the pinion shaft 78 rotates as a unit with the drive turbine shaft, so that the first-stage pinion 76 rotates and the first-stage reduction gear wheel 66 takes along at a speed which is determined by the reduction ratio of the two gears. An additional speed reduction and torque multiplication is then effected by the second and the third reduction stage, which are determined by the second-stage and third-stage toothed pinions or reduction gears.

Die steife Befestigung der Kugellager 84 und 88 am Maschinen block 12 stellt eine wichtige Eigenschaft dieser Erfindung dar, da eine derart steife Befestigung eine sehr enge Maßga be des Seitenabstandes zwischen der Ritzelwelle 78 und dem Wellenabschnitt 68 des Erststufen-Untersetzungszahnrades 66 erlaubt, d. h. eine sehr genaue Bearbeitung der Teile des Ma schinenblockes 12, welches die Lager aufnehmen. Die relativ einfache Bearbeitung, welche diese Beziehung herstellt und aufrechterhält, bedeutet, daß ein optimaler Kämmeingriff zwi schen dem Ritzel 76 und dem Untersetzungszahnrad 66 wirt schaftlich erzielt werden kann und bei einer Massenfertigung bei jedem Einzelexemplar erreicht wird.The rigid attachment of the ball bearings 84 and 88 to the machine block 12 is an important property of this invention, since such a rigid attachment allows a very narrow measure of the side distance between the pinion shaft 78 and the shaft section 68 of the first-stage reduction gear 66 , ie a very precise machining of the parts of the machine block 12 which accommodate the bearings. The relatively simple processing that establishes and maintains this relationship means that an optimal meshing between the pinion 76 and the reduction gear 66 can be achieved economically and is achieved in mass production with each individual item.

Die selbsthaltende Konusverbindung zwischen der Ritzelwelle 78 und der Antriebsturbinenwelle 98 stellt ebenfalls einen wichtigen Faktor der Erfindung dar. Zunächst ist die Selbst halteverjüngung eine vom Fertigungsstandpunkt aus relativ einfache Struktur, die ohne Probleme das gesamte Drehmoment von der Antriebsturbinenwelle zur Ritzelwelle überträgt; bei Längsverkeilungen treten bei diesen Drehzahlen und Drehmomen ten mitunter Fressen und ähnliche Probleme auf. Zweitens ergibt die selbsthaltende Konusverbindung eine starre Bezie hung zwischen dem Leistungsabgabeende 102 der Antriebsturbi nenwelle und der Ritzelwelle 78, und das Leistungsabgabeende der Antriebsturbinenwelle 98 wird effektiv an dem Maschinen block 12 durch die Lager 84 und 88 um die Primärachse 14 drehbar gehalten. Da die Lager 84 und 88 eine relativ steife und genaue Halterung der Ritzelwelle 78 bezüglich der Primär achse 14 ergeben, ist das Leistungsabgabeende der Antriebs turbinenwelle in gleicher Weise relativ steif und genau rela tiv zur Primärachse gehalten. Am Turbinenende 100 der An triebsturbinenwelle 98 sitzt das vollschwimmende Lager 120 als relativ weiche Befestigung am Maschinenblock und hat eine bestimmte Dämpfungs-Kapazität. Wenn die Antriebsturbi nenwelle im Betrieb vibriert, steuert die Schichtdämpfung bei dem vollschwimmenden Lager die Vibrationen. Der Schaftab schnitt 103 der Antriebsturbinenwelle ist in der Nähe der ke gelstumpfförmigen Schulter 104 ausreichend flexibel, um die Drehabweichungen des Turbinenendes 100 aufzunehmen.The self-locking tapered connection between the pinion shaft 78 and the drive turbine shaft 98 is also an important factor of the invention. First, the self-tapering is a relatively simple structure from a manufacturing standpoint, which easily transmits the entire torque from the drive turbine shaft to the pinion shaft; in the case of longitudinal wedges, seizures and similar problems sometimes occur at these speeds and torques. Second, the self-locking cone connection provides a rigid relationship between the power output end 102 of the drive turbine shaft and the pinion shaft 78 , and the power end of the drive turbine shaft 98 is effectively held on the engine block 12 by the bearings 84 and 88 rotatable about the primary axis 14 . Since the bearings 84 and 88 result in a relatively rigid and precise mounting of the pinion shaft 78 with respect to the primary axis 14 , the power output end of the drive turbine shaft is in the same way relatively stiff and exactly rela tively to the primary axis. At the turbine end 100 of the drive turbine shaft 98 , the fully floating bearing 120 sits as a relatively soft attachment to the machine block and has a certain damping capacity. When the drive turbine shaft vibrates during operation, the layer damping in the fully floating bearing controls the vibrations. The shaft section 103 of the drive turbine shaft is sufficiently flexible in the vicinity of the conical shoulder 104 to accommodate the rotational deviations of the turbine end 100 .

Claims

1. Arrangement of drive turbine and first-stage reduction gear in a gas-coupled gas turbine engine of the type which contains: a machine block defining a primary axis and a secondary axis parallel to the primary axis, a gas generator with a gas generator supported on the machine block for rotation about the primary axis. Turbine shaft, which generates a continuous flow of hot gas drive fluid in an annular flow path centered on the primary axis, and with an annular drive turbine nozzle on the machine block for directing the flow of hot gas drive fluid in the outflow direction, the arrangement comprising the drive turbine and first stage Reduction gear includes: a first stage reduction gear attached to the engine block for rotation about the secondary axis, a tubular pinion shaft aligned with the primary axis, a first stage pinion arranged on an outer surface of the pinion shaft and with the pinion gear lle is rotatable as a unit, two low-friction bearings arranged between the machine block and the pinion shaft on both sides of the first-stage pinion, whereby the first-stage pinion in meshing engagement with the first-stage reduction gear is supported on both sides of the machine block, with a drive turbine shaft aligned with the primary axis with a power output end which is arranged within the tubular pinion shaft and with a turbine end which is arranged in close proximity to the nozzle, and a drive turbine which is rigidly attached to the drive turbine shaft at the turbine end thereof and one The circumferential arrangement of turbine blades aligned with the nozzle keeps ent, whereby during operation of the gas turbine engine the blades interact with the hot gas flow from the nozzle to drive the drive turbine shaft, characterized in that the tubular pinion shaft ( 78 ) has a tapered inner bore ( 106 ) has and the drive turbine shaft ( 98 ) has a complementarily tapered outer surface ( 104 ) at its power transmission end ( 102 ), which together define a self-locking machine cone connection, whereby during operation of the gas turbine engine ( 10 ) torque from the drive turbine shaft ( 98 ) to the Pinion shaft ( 78 ) is transmitted and whereby the power output end ( 102 ) of the drive turbine shaft ( 98 ) is supported on the machine block ( 12 ) for rotation about the primary axis ( 14 ), and in that a third low-friction bearing ( 120 ) between the machine block ( 12 ) and the drive turbine shaft ( 98 ) is arranged, which supports the drive turbine shaft ( 98 ) in the vicinity of the drive turbine ( 112, 114 ), whereby during operation of the gas turbine engine ( 10 ) the turbine end ( 100 ) of the drive turbine shaft ( 98 ) on the Machine block ( 12 ) for rotation about the primary axis ( 14 ) is supported.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the first-stage pinion ( 76 ) is formed on an integral reinforced ring wall portion of the pinion shaft ( 78 ) with a cylindrical outer wall, a large number of pinion teeth ( 76 ) in the outer cylinder wall for meshing engagement with the First stage reduction gear ( 66 ) are formed.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the tapered inner bore of the pinion shaft ( 78 ) is a on the primary axis ( 14 ) centered inner cone butt-surface ( 106 ) with an annular end shoulder ( 80 a) Pinion shaft ( 78 ) runs out in a plane perpendicular to the primary axis ( 14 ), and that the complementarily tapered outer surface on the drive turbine shaft ( 98 ) has a truncated cone-shaped outer shoulder ( 104 ) and an externally threaded shaft section ( 110 ) axially outside adjacent to the truncated cone shoulder ( 104 ), wherein the truncated cone shoulder ( 104 ) is received in the ver tapered inner bore so as to contact the frustoconical inner surface ( 106 ), and the shaft portion ( 110 ) axially protrudes outside the plane of the annular end shoulder ( 80 a) , And that a Ge threaded fastener ( 108 ) on the threaded shaft portion ( 110 ) is received and against the ring end shoulder ( 80 a) is tightened so as to tighten the frustum shoulder ( 104 ) against the frustoconical inner surface ( 106 ) with sufficient axial force to achieve a self-retaining cone connection between the drive shaft shaft ( 98 ) and the pinion shaft ( 78 ), over which the whole Torque from the drive turbine shaft ( 98 ) to the pinion shaft ( 78 ) can be transmitted.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the third low-friction bearing between the engine block ( 12 ) and the drive turbine shaft ( 98 ) is a fully floating sleeve bearing ( 120 ).